JP5074974B2 - プローブ方法及びプローブ方法を記録したプログラム記録媒体 - Google Patents

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Description

本発明は、熱の影響等により湾曲した載置面に吸着保持された被検査体とプローブカードの複数のプローブを極力均一な針圧で接触させて信頼性の高い検査を行うことができるプローブ方法及びプローブ方法を記録したプログラム記録媒体に関するものである。
プローブ装置は、被検査体(例えば、半導体ウエハ)の電気的特性検査を行うために用いられる。プローブ装置は、検査室内に設けられた半導体ウエハを載置する載置台と、検査室の上面を形成するヘッドプレートの開口部に装着された複数のプローブを有するプローブカードと、半導体ウエハの電極パッドとプローブカードのプローブの位置合わせを行うアライメント機構と、これらの構成機器を制御する制御装置と、を備えている。載置台は、半導体ウエハの高温検査または低温検査を行えるように温度調整機構を備え、X、Y、Z方向及びθ方向に移動可能に構成されている。アライメント機構は、プローブカードのプローブを撮像する下カメラと、載置台上の半導体ウエハを撮像する上カメラと、を備えている。
近年、半導体ウエハが大型化するに伴って、載置台及びプローブカードが大型化している。半導体ウエハの高温検査または低温検査に備えて、温度調整機構で載置台を加熱または冷却すると載置台の載置面が僅かではあるが湾曲する。半導体ウエハは載置台の載置面に吸着されて保持されているため、半導体ウエハも載置台の載置面に倣って湾曲することになる。
しかしながら、半導体ウエハが300mm以上になると、高温検査時または低温検査時に半導体ウエハが載置台の載置面に倣って湾曲すると、載置面の中央部と周縁部の間に高低差を生じ、載置台をオーバードライブさせて半導体ウエハの電極パッドとプローブカードの複数のプローブを接触させても、複数のプローブが対応する電極パッドに対して均一な針圧で接触することができず、検査の信頼性が低下する。場合によっては過剰な針圧によりプローブやチップが損傷することがある。
ヘッドプレートに装着したプローブカードが傾斜している場合には複数のプローブとこれらに対応する半導体ウエハの電極パッドとの間に接触不良を生じるが、この場合には、載置台の載置面をプローブカードの傾斜に合わせ、あるいはプローブカードの傾斜を直し、半導体ウエハとプローブカードの平行度を調整する機構が、特許文献1や特許文献2において提案されている。
しかし、特許文献1の技術や特許文献2の技術では載置台の載置面が湾曲している場合には対応することができない。
特開平06−021166号公報 特開平06−069293号公報
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、熱の影響等により載置台の載置面が湾曲している場合でもプローブカードの複数のプローブとこれらに対応する半導体ウエハ(被検査体)の電極とを極力均一な針圧で接触させて信頼性の高い検査を行うことができるプローブ方法及びプローブ方法を記録したプログラム記録媒体を提供することを目的としている。
本発明の請求項1に記載のプローブ方法は、温度調節手段による加熱または冷却によって湾曲した載置面を有する移動可能な載置台に吸着保持された被検査体と上記載置台の上方に傾斜調整可能に配置されたプローブカードの複数のプローブと電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ方法であって、第1の撮像手段を用いて上記プローブカードの所定の複数のプローブの針先を撮像して上記プローブの針先の位置情報を求める第1の工程と、第2の撮像手段を用いて上記被検査体の上面の高さの分布及び上記所定の複数のプローブに対応する複数の上記電極の位置情報を求める第2の工程と、少なくとも3本の上記プローブの針先を含む平面とこれらのプローブと対向する上記被検査体の少なくとも3個の電極を含む平面との平行度を調節するために、上記第2の工程で求められた上記高さの分布に基づいて上記少なくとも3個の電極の高さを求める第3の工程と、上記所定の複数のプローブの針先の位置情報とこれらのプローブに対向する上記複数の電極の位置情報に基づいて互いに対向する上記複数のプローブと上記複数の電極との距離をそれぞれ求める第4の工程と、上記複数の距離が等しくなるように上記プローブカードの傾斜を調整する第5の工程と、二番目以降の検査をする場合には、上記第3の工程から上記第5の工程を繰り返して実行する第6の工程と、を備えていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項2に記載のプログラム記録媒体は、コンピュータを駆動させて、温度調節手段による加熱または冷却によって湾曲した載置面を有する移動可能な載置台に吸着保持された被検査体と上記載置台の上方に傾斜調整可能に配置されたプローブカードの複数のプローブと電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ方法を実行させるプログラム記憶媒体であって、上記コンピュータを駆動させて、第1の撮像手段を用いて上記プローブカードの所定の複数のプローブの針先を撮像して上記プローブの針先の位置情報を求める第1の工程と、第2の撮像手段を用いて上記被検査体の上面の高さの分布及び上記所定の複数のプローブに対応する複数の上記電極の位置情報を求める第2の工程と、少なくとも3本の上記プローブの針先を含む平面とこれらのプローブと対向する上記被検査体の少なくとも3個の電極を含む平面との平行度を調節するために、上記第2の工程で求められた上記高さの分布に基づいて上記少なくとも3個の電極の高さを求める第3の工程と、上記所定の複数のプローブの針先の位置情報とこれらのプローブに対向する上記複数の電極の位置情報に基づいて互いに対向する上記複数のプローブと上記複数の電極との距離をそれぞれ求める第4の工程と、上記複数の距離が等しくなるように上記プローブカードの傾斜を調整する第5の工程と、二番目以降の検査をする場合には、上記第3の工程から上記第5の工程を繰り返して実行する第6の工程と、を実行させることを特徴とするものである。
本発明によれば、熱の影響等により載置台の載置面が湾曲している場合でも載置面の如何なる領域であってもプローブカードの複数のプローブとこれらに対応する被検査体の電極とを極力均一な針圧で接触させて信頼性の高い検査を行うことができるプローブ方法及びプローブ方法を記録したプログラム記録媒体を提供することができる。
以下、図1〜図6に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図1は本発明のプローブ装置の一実施形態を示す構成図、図2は図1に示すプローブ装置に用いられるプローブカードの傾き調整機構を示す断面図、図3は図1に示すプローブ装置を用いる本発明のプローブ方法の一実施形態を示すフローチャート、図4の(a)〜(c)はそれぞれ図3に示すフローチャートの一部の工程を示す工程図、図5の(a)〜(c)はそれぞれ図3に示すフローチャートの図4に続く工程を示す工程図、図6は半導体ウエハとプローブカードの接触回数を説明するための平面図である。
本実施形態のプローブ装置10は、例えば図1に示すように、被検査体である半導体ウエハWを載置するX、Y、Z及びθ方向に移動可能な載置台11と、この載置台11の上方に配置された複数のプローブ12Aを有するプローブカード12と、このプローブカード12の複数のプローブ12Aと載置台11上の半導体ウエハWの電極パッドとのアライメントを行うアライメント機構13と、載置台11及びアライメント機構13を含む種々の構成機器を制御する制御装置(コンピュータ)14と、を備え、制御装置14の制御下でアライメント機構13が駆動して、載置台11上の半導体ウエハWの電極パッドとプローブカード12の複数のプローブ12Aとのアライメントを行った後、載置台11上の半導体ウエハWをインデックス送りしながら半導体ウエハWの全てのチップについての電気的特性検査を行うように構成されている。
図1に示すように、載置台11は、制御装置14の制御下で駆動するXYテーブルを含む駆動機構15を介してX、Y、Z及びθ方向に移動するように構成されている。この載置台11は、図1に示すように温度調節手段として加熱手段(ヒータ)11A及び冷却手段(図示せず)を内蔵し、半導体ウエハWを所定の検査温度に設定できるように構成されている。また、載置台11は、半導体ウエハWを真空吸着する吸着手段を備えている。吸着手段は、載置台11の内部に形成された排気用の流路と、載置台11の載置面に同心円状に形成された複数の吸着溝と、これらの吸着溝を繋ぐ溝と、各吸着溝に所定間隔を空けて流路から開口する複数の吸着孔と、を有し、真空排気装置によって半導体ウエハWを載置台11の載置面に真空吸着して半導体ウエハWを載置面に保持するように構成されている。
プローブカード12は、図1、図2に示すようにカードホルダ16を介してプローバ室のヘッドプレート17の開口部に取り付けられている。プローブカード12は、半導体ウエハWに形成された多数のチップのうち、複数のチップと同時に接触し、複数のチップを同時に測定できるようになっている。プローブ12Aの本数は一個のチップと接触する本数であっても良い。図1、図2に示すようにヘッドプレート17の開口部には段部が形成され、この段部に周方向に所定間隔を空けて複数の上下調整部材18からなるプローブカードの傾き調整機構が配設されている。プローブカードの傾き調整機構は、特に制限されるものではないが、例えば本出願人が特開2006−317302号公報において提案したものを用いることができる。また、本実施形態のプローブカードの傾き調整機構を構成する上下調整部材18は、例えば昇降駆動部と、昇降駆動部のロッドの上端にカードホルダ16の傾きに倣って傾斜する昇降体と、を有し、それぞれの位置で上下調整部材制御部18Aによって個々に制御されてプローブカード12を上下させてその傾きを調整するように構成されている。昇降体はロッド上端に取り付けられた球体が摺動部材を介して回転自在に嵌合している。また、上下調整部材18は、上下調整部材制御部18Aによって電圧制御可能な圧電素子を用いることができる。
アライメント機構13は、図1に示すように、載置台11の側方に付設されてプローブカード12のプローブ12Aの針先を撮像する第1の撮像手段(下カメラ)19と、移動可能なアライメントブリッジ20に取り付けられて載置台11上の半導体ウエハWを撮像する第2の撮像手段(上カメラ)21と、を備えている。下カメラ19は、制御装置14の制御下で載置台11を介して移動し、プローブカード12のプローブカード12Aの針先を撮像し、その画像処理部19Aで画像処理すると共にその画像を画像記憶部19Bで記憶し、更にこの画像を表示装置(図示せず)に表示すると共にその時の載置台11の位置に基づいてプローブ12Aの針先の位置情報(x,y,z)を求める。上カメラ21は、制御装置14の制御下でアライメントブリッジ20を介して待機位置(検査室の背面側)とプローブカード12の中心の真下(以下、「プローブセンタ」と称す。)を往復しプローブカード12の真下で半導体ウエハWを撮像し、その画像処理部21Aで画像処理すると共にその画像を画像記憶部21Bで記憶し、更にこの画像を表示画面(図示せず)に画像を表示すると共にその時の載置台11の位置に基づいて電極パッドの位置情報(x,y,z)を求める。
また、制御装置14は、図1に示すように、中央演算処理部14A、プログラム記憶部14B及び記憶部14Cを備えている。プログラム記憶部14Bに格納された種々のプログラムによってプローブ装置10を制御する。従って、本発明のプローブ方法を実行するプログラムがプログラム記憶部14Bに格納されている。プローブ方法は中央演算処理部14Aがそのプログラムをプログラム記憶部14Bから読み出すことによって実行される。プローブ方法によって得られた種々のデータは記憶部14Cにおいて記憶される。また、上下のカメラ19、21の画像処理部19A、21Aは、プログラム記憶部14Bに格納された画像処理プログラムに従って中央演算処理部14Aにおいて処理される。
次に、本実施形態のプローブ装置による本発明のプローブ方法の一実施形態について図3〜図6を参照しながら説明する。本実施形態では半導体ウエハWの高温検査を行う場合について説明する。高温検査は、例えば150℃の高温下で行われる。
例えば高温検査を行う場合にはまず、載置台11上に半導体ウエハWを載置し、真空吸着手段によって半導体ウエハWを載置面に真空吸着して、半導体ウエハWを載置台11で保持する。この時、ヒータ11Aが載置台11を介して半導体ウエハWを加熱し、半導体ウエハWの温度を例えば150℃に設定する。この加熱により載置台11が熱膨張して載置面が図1に誇張して示すように椀状に湾曲する。半導体ウエハWは載置面に真空吸着されているため、半導体ウエハWも椀状に湾曲する。この状態で以下において説明するように本実施形態のプローブ方法が制御装置14の制御下で実行される。
即ち、中央演算処理部14Aがプログラム記憶部14Bからプログラムを読み出して本実施形態のプローブ方法を実行する。まず、図3に示すようにプローブカード12の所定のプローブ12Aの針先位置を求める(ステップS1)。このステップS1では、載置台11が制御装置14の制御下でプローブカード12の下方で移動し、下カメラ19によってプローブカード12の四隅にある所定のプローブ12Aを順次探索し、探索したプローブ12Aの針先を図4の(a)に示すように下カメラ19でその都度撮像する。中央演算処理部14Aでは四隅のプローブ12Aの針先を撮像した時の載置台11の座標位置に基づいて四隅のプローブ12Aの針先の位置座標(x,y,z)を位置情報としてそれぞれ求め、これらの位置座標(x,y,z)を記憶部14Cにおいて記憶する。
プローブ12Aの針先位置を求めた後、図3に示すように半導体ウエハWの中心と径を求める(ステップS2)。ステップS2では、アライメントブリッジ20が制御装置14の制御下でプローブセンタまで移動し停止する。次いで、載置台11が上カメラ21の真下で移動し、載置台11上の半導体ウエハWの端3点を上カメラ21で順次探索し、探索した半導体ウエハWの端3点を上カメラ21でその都度撮像する。中央演算処理部14Aでは半導体ウエハWの端3点を撮像した時の載置台11の座標位置に基づいて半導体ウエハWの中心の位置座標(x,y,z)を求め、これらの位置座標(x,y,z)を記憶部14Cにおいて記憶する。
半導体ウエハWの中心を求めた後、図3に示すように半導体ウエハWの上面の高さの分布を求める(ステップS3)。ステップS3では、載置台11が上カメラ21の真下で移動し、図4の(b)に示すように載置台11上の半導体ウエハWの中心、左右上下の5点を上カメラ21で順次探索し、探索した半導体ウエハWの5点を上カメラ21でその都度撮像する。中央演算処理部14Aでは半導体ウエハWの5点を撮像した時の載置台11の座標位置に基づいて5点の位置座標(x,y,z)を求め、これら5点の位置座標(x,y,z)を記憶部14Cにおいて記憶する。
半導体ウエハWの上面の5点における高さの分布を求めた後、図3に示すように載置台11をθ方向に回転させて半導体ウエハWに形成された複数のチップTの並び(配列方向)を載置台11の移動方向となるXY軸方向に合わせる(ステップS4)。ステップS4では、載置台11が上カメラ21の真下で移動し、図4の(c)に示すように予め登録されたパターンのチップTに合致するチップTを2個以上探索し、これらのチップTの配列方向が上記XY軸方向から角度θだけずれている場合、載置台11を角度θだけ回転させて、同図の(d)に示すようにチップTの配列方向をXY軸方向に平行になるように調整する。このようにチップTの配列方向を載置台11のXY軸に平行にすることで、載置台11をXY方向にインデックス送りすることができ、各チップTの電気的検査を行える。
チップTの配列方向をXY軸に平行に調整した後、図3に示すようにプローブカード12のプローブ12Aと半導体ウエハWの接触位置を求める(ステップS5)。ステップS5では、図5の(a)に示すように制御装置14において記憶部14Cに予め登録されているチップTの登録パターンと一致する座標位置に基づいてプローブ12Aと接触すべき最初の複数(一個でも良い)のチップTの電極パッドPを算出する。本実施形態では複数のプローブ12Aは複数のチップTに接触するため、以下では複数のチップTをチップ群Tとして説明する。
最初のチップ群Tを算出した後、プローブカード12の複数のプローブ12Aの接触位置(接触範囲)内にある半導体ウエハWの平面を求める(ステップS6)。ステップS6では、最初のチップ群Tの電極パッドPの中から、図5の(a)、(b)に示すようにステップS1で求められたプローブカード12の四隅の所定のプローブ12Aと対向する4箇所の電極パッドPの位置座標(x,y,z)を求める。4箇所の電極パッドPの高さzは、ステップ3で求められた位置座標から求めることができる。尚、図5の(b)では●印は四隅のプローブ12Aを示し、これらのプローブ12Aと対向する4箇所の電極パッドPは●印で隠されている。載置台11の載置面が湾曲しているため、半導体ウエハWも湾曲している。湾曲面の曲率半径が大きいため、図5の(a)では傾斜平面として表されている。
複数のプローブ12Aの接触範囲内にある半導体ウエハWの平面を求めた後、図3に示すように複数のプローブ12Aの針先で形成される平面を半導体ウエハWの平面に合わせる(ステップS7)。ステップS7では、ステップS1で求められたプローブカード12の四隅のプローブ12Aの針先高さと、これらのプローブ12Aに対向するステップS6で求められた4箇所の電極パッドPの高さを比較し、図5の(c)に示すように4箇所におけるプローブ12Aと対向する電極パッドPの高さの差、即ち、互いに対向するプローブ12Aの針先と電極パッドP間の距離が等しくなるように上下調整部材制御部18Aがプローブカードの傾き調整機構を構成する複数個所の上下調整部材18をそれぞれ制御してプローブカード12の傾きを調整する。このように複数のプローブ12Aが接触する範囲内では複数のプローブ12Aとこれらに対応する電極パッドPの距離が等しくなる。この状態で載置台11を上昇させると、複数のプローブ12Aと対応する電極パッドPが均一に接触し、更にオーバードライブをかけることで均一な針圧で電気的に接触して信頼性の高い検査を行うことができる。
二番目以降のチップ群Tを検査する場合には、ステップS5〜ステップS7を繰り返し実行することによって二番目のチップ群Tと複数のプローブ12Aを均一な針圧で電気的に接触させることができる。プロ-ブカードの傾き調整機構の各上下調整部材18は、各チップ群Tにおける傾斜面の高低差に基づいて上下調整部材制御部18Aの制御下で駆動し、高低差をなくするように機能する。
プローブカード12と半導体ウエハWの接触回数が多いほどより均一な針圧を確保することができる。例えば、図6の(a)〜(c)はプローブカードの接触回数と半導体ウエハWの関係を示している。図6の(a)はプローブカード12が半導体ウエハWと一括接触して一回の接触で検査をする場合を示し、同図の(b)はプローブカード12が半導体ウエハWと9(3×3)回接触して検査する場合を示し、同図の(c)はプローブカード12が半導体ウエハWと25(5×5)回接触して検査する場合を示している。従って、図6の(c)に示す場合が最も均一な針圧で接触することができる。
このことを示したものが表1である。表1は載置台11の湾曲面の深さd[μm]と接触回数における複数のプローブ12Aと電極パッドとの最大の高低差を計算した例である。表1に示す結果によれば、図6の(a)の場合には複数のプローブ12Aと電極パッドの最大の高低差はそれぞれの湾曲面の深さになる。図6の(b)の場合には複数のプローブ12Aと電極パッドの最大の高低差を示す図6の(a)の場合と比較して約1/10になる。図6の(c)の場合には同図の(b)に示す場合より湾曲面が深くなるほど数分の一の高低差になっている。
Figure 0005074974
尚、上記実施形態では載置台11を加熱する場合について説明したが、載置台11を冷却する場合についても本発明を適用することができる。従って、本発明は、上記各実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜変更することができる。
本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に好適に利用することができる。
本発明のプローブ装置の一実施形態を示す構成図である。 図1に示すプローブ装置に用いられるプローブカードの傾き調整機構を示す断面図である。 図1に示すプローブ装置を用いる本発明のプローブ方法の一実施形態を示すフローチャートである。 (a)〜(c)はそれぞれ図3に示すフローチャートの一部の工程を示す工程図である。 (a)〜(c)はそれぞれ図3に示すフローチャートの図4に続く工程を示す工程図である。 半導体ウエハとプローブカードの接触回数を説明するための平面図である。
符号の説明
10 プローブ装置
11 載置台
11A ヒータ(温度調節手段)
12 プローブカード
14 制御装置
14A 中央演算処理部(電極の高さを求める手段、プローブと電極との距離を求める手段)
18 上下調整部材(プローブカードの傾きを調整する手段)
18A 上下調整部材制御部(プローブカードの傾きを調整する手段)
19 下カメラ(第1の撮像手段)
21 上カメラ(第2の撮像手段)
W 半導体ウエハ(被検査体)

Claims (2)

  1. 温度調節手段による加熱または冷却によって湾曲した載置面を有する移動可能な載置台に吸着保持された被検査体と上記載置台の上方に傾斜調整可能に配置されたプローブカードの複数のプローブと電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ方法であって、
    第1の撮像手段を用いて上記プローブカードの所定の複数のプローブの針先を撮像して上記プローブの針先の位置情報を求める第1の工程と、
    第2の撮像手段を用いて上記被検査体の上面の高さの分布及び上記所定の複数のプローブに対応する複数の上記電極の位置情報を求める第2の工程と、
    少なくとも3本の上記プローブの針先を含む平面とこれらのプローブと対向する上記被検査体の少なくとも3個の電極を含む平面との平行度を調節するために、上記第2の工程で求められた上記高さの分布に基づいて上記少なくとも3個の電極の高さを求める第3の工程と、
    上記所定の複数のプローブの針先の位置情報とこれらのプローブに対向する上記複数の電極の位置情報に基づいて互いに対向する上記複数のプローブと上記複数の電極との距離をそれぞれ求める第4の工程と、
    上記複数の距離が等しくなるように上記プローブカードの傾斜を調整する第5の工程と、
    二番目以降の検査をする場合には、上記第3の工程から上記第5の工程を繰り返して実行する第6の工程と、を備えている
    ことを特徴とするプローブ方法。
  2. コンピュータを駆動させて、温度調節手段による加熱または冷却によって湾曲した載置面を有する移動可能な載置台に吸着保持された被検査体と上記載置台の上方に傾斜調整可能に配置されたプローブカードの複数のプローブと電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ方法を実行させるプログラム記憶媒体であって、
    上記コンピュータを駆動させて、
    第1の撮像手段を用いて上記プローブカードの所定の複数のプローブの針先を撮像して上記プローブの針先の位置情報を求める第1の工程と、
    第2の撮像手段を用いて上記被検査体の上面の高さの分布及び上記所定の複数のプローブに対応する複数の上記電極の位置情報を求める第2の工程と、
    少なくとも3本の上記プローブの針先を含む平面とこれらのプローブと対向する上記被検査体の少なくとも3個の電極を含む平面との平行度を調節するために、上記第2の工程で求められた上記高さの分布に基づいて上記少なくとも3個の電極の高さを求める第3の工程と、
    上記所定の複数のプローブの針先の位置情報とこれらのプローブに対向する上記複数の電極の位置情報に基づいて互いに対向する上記複数のプローブと上記複数の電極との距離をそれぞれ求める第4の工程と、
    上記複数の距離が等しくなるように上記プローブカードの傾斜を調整する第5の工程と、
    二番目以降の検査をする場合には、上記第3の工程から上記第5の工程を繰り返して実行する第6の工程と、を実行させる
    ことを特徴とするプログラム記憶媒体。
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